三维核心坍缩超新星中的中微子驱动湍流对流与驻立吸积激波不稳定性

我们利用三维广义相对论流体动力学模拟，对一颗 $27$-$M_\odot$ 前身星在核心坍缩超新星反弹后停滞激波阶段的三维流体动力学性质进行了一系列数值实验，模拟中采用了中微子泄漏/加热方案。我们改变中微子加热强度，发现了三种三维动力学情形：(1) 中微子驱动对流，(2) 初始为中微子驱动对流，随后发展为驻立吸积激波不稳定性 (SASI)，(3) SASI 主导的演化。这证实了 Hanke 等人 2013 年 (ApJ 770, 66) 以及 Couch 和 Connor 2014 年 (ApJ 785, 123) 的三维结果。我们进行了分辨率相差约 4 倍的模拟，并证明在三维对流主导的情形下，低分辨率人为地有利于爆发，因为它降低了能量向小尺度输运的效率。低分辨率导致更高的径向能量和焓的对流通量、更多的完全浮力质量以及更强的中微子加热。在 SASI 主导的情形下，较低的分辨率会抑制 SASI 振荡。在对流主导的情形下，加热层中会形成准稳态的角动能谱 $E(\ell)$。与其他三维研究一样，我们发现在“惯性区”内 $E(\ell) \propto \ell^{-1}$，而理论和局域模拟则主张 $E(\ell) \propto \ell^{-5/3}$。我们认为，当前的三维模拟未能解析湍流的惯性区，并且受到数值粘性的影响，其影响范围一直延伸到含能尺度，从而形成了一个阻碍高效湍流级联的“瓶颈”。